新一代运载火箭增压技术研究

随着新一代运载火箭研制的开展,新型120t级高压补燃液氧煤油发动机将得到广泛的使用,该发动机采用的推进剂贮箱增压系统设计被列为新一代运载火箭研制的重大关键技术之一。在对国内外主要液体运载火箭增压方案进行分析的基础上对120t级液氧煤油发动机的贮箱增压系统进行了研究,提出了液氧贮箱采用压力传感器与电磁阀组合的常温氦气加温增压,煤油贮箱采用压力传感器与电磁阀组合的常温氦气增压方案,并针对液氧贮箱采用常温氦气加温增压的方案开展了理论分析和全尺寸系统级试验研究。理论分析和试验结果表明,该增压方案可行。     

过冷补加和冷氦加温增压对提高贮箱内液氧品质的分析

介绍了CZ-3A(B)采用过冷器进行液氧补加后，使起飞时初始液氧温度相对CZ-3有显著降低，密度提高。在发动机工作液氧箱采用冷氦加温增压后，使液氧温度在飞行中保持不变，不出现过热。说明了CZ-3A(B)采用这两项新技术的优越性。     

典型低温推进剂的热力学性能参数评估

近年来,低温推进剂在火箭推进领域得到了广泛应用,针对液氧、液氢以及液甲烷等低温推进剂的研究也得到了深入开展。然而,有关低温推进剂热力学性能的研究虽有开展,但各种推进剂性能的特点和差异缺乏研究,对低温推进剂的热力学性能缺乏综合性分析研究和系统认识。统计了1960年以来火箭推进剂的使用以及按照火箭级应用分布情况,对低温推进剂在火箭推进领域的应用与发展进行系统性综述。从低温推进剂的基础热物理性质出发,面向航天推进应用,对不同低温推进剂的动力特性、传输特性、贮存特性以及致密化特性4个方面进行综合评估。结果表明：液氢推力特性最好,氢氧发动机理论比冲可达457 s。相同管路和工况条件下,液氢流动阻力最小,液氧流动温升最小,液甲烷流动阻力和温升特性表现居中。以管长为10 m、管内径为0.1 m的加注管路为例,液氢流动压降小于5 kPa,液氧流动温升小于0.5 K。在地面停放过程中液氧和液甲烷温升小,贮箱增压慢,同时液甲烷热分层现象较弱。对于高5 m、直径3 m的圆柱形贮箱来说,当外界热流密度为50 W/m²时,液氢温升可达4.83 K,液氧仅为1.93 K;液氧贮存周期可达36...     

液氧贮箱自生增压过程中气枕状态分析

对液氧贮箱自生增压过程气枕空间状态进行了研究。基于双膜阻理论建立了热质交换模型,模拟贮箱内非稳态热流过程,分析了气枕空间在增压气体输送过程中温度场的变化、气枕内氦气对温度场的影响及其排液过程中液面的波动。     

液氧温度对某液氧液氢发动机性能影响研究

结合某液氧液氢发动机实际飞行中二次工作段入口液氧温度升高和推力下降现象,分析了液氧温度对发动机性能的影响方式和修正方法.通过过冷液氧的发动机试验,对液氧温度影响性能的两种方式分别进行了修正,可将某液氧液氢发动机二次工作段推力与一次工作段的偏差降低约24％,将发动机飞行燃烧室压力与交付值的偏差降低约8％.     

液氧／甲烷燃气发生器点火方案研究

在对比化学点火、火药点火及电火花点火优缺点的基础上,选取了技术成熟、点火可靠的火药点火用于液氧／甲烷燃气发生器热试。用黑火药点燃固体推进剂的点火药量计算公式估算了火药点火药量,给出了液氧／甲烷燃气发生器火药点火器的其它参数。根据液氧／甲烷推进剂特点,确定了火药燃气-液氧-甲烷依次进入燃气发生器的点火时序。成功进行了4次液氧／甲烷燃气发生器热试,结果表明：液氧／甲烷燃气发生器点火起动过程平稳,点火品质较好,点火方案合理,适于较宽工作条件下的液氧／甲烷点火。     

恒压式姿控发动机增压气体特性分析

对恒压式姿控发动机增压气体的绝热节流特性进行了理论分析，结合工程实例，分析和计算了氮气增压过程中的结构降温，膨胀降温和节流降温，综合计算结果和实际情况，对增压气体采取了相应的措施，由飞行遥测数据可知，所采取的措施是有效的。     

日本确定J-1火箭改进方案

日本宇宙开发事业团已确定了 J-1运载火箭的改进计划。J-1火箭是利用 H-2火箭的固体助推器和 M-3S-2火箭技术研制出来的。改进型将由全固体火箭变成全液体火箭,使用由美国洛克希德·马丁航天公司提供的一种煤油/液氧第一级和由石川岛播磨重工业公司及日产公司研制的一种新型第二级。第二级将使用液化天然气作为燃料,氧化剂为液氧。在宇宙开发事业团1999财年的预算中,这项计划已经得到了690万美元的启动资金。J-1改进项目引入国外供货商是为了降低成本。宇宙开发事     

液氮和液氧中的箔轴承性能

空间转移飞行器和其它动力及推进系统都需要长寿命的涡轮泵,现在涡轮泵中所使用的滚动轴承无法提供足够的寿命来满足这些应用。在许多高速透平机械应用中,流体箔轴承在较宽的温度和工质范围内,表现出了长寿命和高可靠性的优点。然而在低温工质中,有关箔轴承性能的现有数据还非常少。美国的国家航空和航天管理局(NASA)以及 Allied Sig-nal 空间系统与装备公司(ASE)共同合作研究了片式柔性箔轴承在液氧和液氮中的性能。马歇尔空间飞行中心(MSFC)和 ASE 合作进行内部研究和发展计划,这项工作论证了箔轴承的最小承载量在液氧中是1.834兆帕,在液氮中是2.427兆帕。而且,还得出了箔轴承的直接阻尼系数为7×10~3到8.75×10~3牛·秒/米,为上面级发动机涡轮泵设计的箔轴承在液氮中的阻尼比是0.7到1.4。通过本次试验的结果以及在空气循环机械及其它应用中多年来的成功使用经验,美国准备用片式柔性箔轴承在液氧涡轮泵中进行试验。     

液氧贮箱增压过程研究

采用数值模拟方法对液氧贮箱增压过程进行研究.贮箱内流场采用流体体积函数（VOF）多相流模型考虑,选择标准双方程k-ε湍流模型分析湍流效应,气液两项之间的热量、质量转移通过自定义程序（UDF）求解.获得了贮箱压力、排液流量、气垫温度、液氧温度对贮箱内流场温度分布的影响.计算结果表明,在稳定增压过程中,贮箱液面无扰动,贮箱内温度分层分布;各参数变化时,对贮箱内温度分布的影响主要是温度梯度的变化,并且各工况下液面附近和扩散器附近温度梯度基本相同.     

全程氦气增压的试验研究与应用

论述氦气的传热、节流、扩散、多变膨胀等的传输特性,以及氦气特性的试验研究结果,获得了大量的氯气使用性能资料和经验,为某型号三级首发采用全程氦气增压提供了依据.介绍系统研制与应用中,以空气代替氦气进行调试、然后用氦气校验的方法,并以空气或氮气代替氦气进行系统气密性检查,仅发射前用氦气充填增压气瓶和自动增压贮箱到额定压力,使型号研制大大地节省氦气用量和费用,为运载火箭和航天器应用轻型增压系统提供了资料和经验.     

高室压脉冲液体火箭发动机特性试验

为了研究高室压脉冲液体火箭发动机工作原理,增压规律以及脉冲特性,通过一系列冷热流试验对试验发动机进行了研究。冷流试验中使用水和氮气作为工质,试验发动机实现自主脉冲工作,验证了差动式可移动活塞应用在推力室中具有增压效果。热流试验中使用气氧/酒精为推进剂,使用传统挤压式推进剂供给系统。在可移动喷注器行程0.8mm条件下,获得9次连续脉冲,燃烧室峰值压强5.511MPa,高于推进剂供给压强（氧气路3.761MPa,酒精路4.424MPa）,表明在相同的推进剂供给压强下,高室压脉冲液体火箭发动机能提高燃烧室压强。     

氢爆炸事故十四例

液氢作为火箭推进剂的燃料，在国际上早被广泛使用。美国航天飞机为主发动机提供动力的推进剂就是５４ｍ３液氢和１４５ｍ３液氧。我国从６０年代开始研制和使用液氢液氧发动机，长征三号运载火箭的第三级就使用了这种高能低温液氢液氧火箭发动机。氢的易燃易爆特性是其安全使用最主要的危险。国内外在其生产、贮存、使用、发射等过程中，都曾发生过程度不同的爆炸事故。现将其中１４例事故汇集如下，其中大多数为美国航宇局发生的事故，每起事故只列出事故及其原因，为的是引以为训。１．液氢容器排气口爆燃事故：在一次用０．２５ＭＰａ表…     

超低温对T700碳纤维/环氧复合材料弯曲性能的影响

研究正交铺层的碳纤维增强环氧树脂基复合材料（CFRP）在超低温的环境下的弯曲性能和损伤破坏形式。对复合材料试样进行不同时间的液氧浸泡处理和不同次数的常温/液氧温度热循环处理来模拟液氧燃料贮箱使用工况,通过配有超低温试验装置的力学试验机研究CFRP在不同超低温条件处理前后的低温弯曲强度和弯曲模量的变化规律;采用扫描电子显微镜（SEM）对破坏前后试样的微观形貌进行分析。结果表明,经过液氧浸泡及常温/液氧温度热循环处理的CFRP的超低温弯曲强度和模量变化趋势基本一致,均随时间和循环次数的增加先下降后上升,这种变化规律与其超低温环境下材料的微观结构变化密切相关。结合CFRP破坏前后的宏观和微观结构特性以及微裂纹的扩展规律,揭示了正交铺层CFRP超低温弯曲性能变化的 机理。     

强电磁环境对用频设备的影响机理研究

在复杂电磁环境下，尤其是当强场存在时，用频设备的工作状况往往会出现很多意想不到的情况，比如接收机的灵敏度下降、发射机辐射信号存在其它频率分量等。通过深入分析模块化射频器件的工作特性和注入式实物试验，验证了射频电路中非线性器件工作特性变化是导致用频设备工作性能下降的本质机理。通过改变不同试验条件，研究了互调发射、接收机减敏等现象随强干扰信号参数改变的变化规律。研究结果可为强电磁环境下用频设备的合理使用提供借鉴。     

可贮存推进剂火箭增压气体与泵入口压力关系研究

根据氦气和氮气在可贮存推进剂中的溶解度与发动机泵入口压力关系，以及对美国上面级火箭“阿金纳”增压系统的分析，计算和研究，对我国可贮存推进剂上面级火箭的发动机泵入口压力要求和增压输送系统进行分析和研究，认为采用氦气增压，我国可贮存推进剂上面级火箭发动机氧化剂泵入口压力要求可以大幅度地降低，较大地提高火箭的运载能力，并提出相应的改进建议。     

金属波纹管内液氧流动的涡脱落特性仿真

针对液氧在液体火箭发动机波纹管内的非定常流动，建立了二维数学模型，采用大涡模拟方法模拟了波纹管褶合处周期性的涡脱落现象。基于控制变量法，分析了液氧流动速度、波纹管几何参数对涡脱落频率的影响。结果表明:波纹管涡脱落运动的频率与液氧流动速度近似成正比，与波纹管褶合的特征长度近似成反比。在此基础上，归纳出了计算波纹管涡脱落频率的经验式。     

运载火箭氧自生增压不锈钢管道的安全性研究

针对某型运载火箭液氧贮箱氧自生增压用不锈钢管道的安全性,进行了分析与试验研究。通过机理分析,认为管道系统中存在的多余物是影响系统安全的主要因素之一。设计了一套掺杂高温氧气流安全性试验系统,为确保试验系统安全,采用水浴换热器对氧气加热,并在高温氧气流进入试验件前掺入杂质颗粒。氧自身增压管道试验件入口温度范围为380~410 K,入口压力为1 MPa。多余物颗粒为增压管道中常有的5种金属材料,粒径范围10~500μm。搭建了试验系统,并开展了两轮时长为400 s的高温氧气流掺杂试验。试验结果表明,不锈钢管道可以适应运载火箭氧自生增压系统工况,受控状态下掺入少许金属颗粒的高温氧气流不会造成管道烧蚀或燃爆事故。试验表明,采用水浴加热方式可以安全地获得高温氧气流,可为类似系统借鉴。     

液氧/煤油发动机试车热敏电阻测温技术

在温度测量中,需要根据不同参数的测量要求,选择适合的温度传感器及相应的测量、校验、数据处理方法.本文介绍了在液氧/煤油发动机试车中,使用热敏电阻传感器进行液氧温度准确测量的技术.     

T3清洗剂中煤油含量分析方法

为检测液氧／煤油发动机清洗后清洗剂中煤油含量,采用带温度程序的毛细管柱气相色谱法对液氧／煤油发动机组件用T3清洗剂清洗后清洗剂中残留的煤油组分进行分离,所得色谱峰峰形好且稳定,所选分析峰的峰面积与煤油含量在一定的浓度范围内呈线性关系。考察了分析条件、分析方法的重现性、精密度及检测限,建立了T3清洗剂中煤油含量的分析方法。该方法简便、快速、灵敏度高、检测限低。可用于判断液氧／煤油发动机组件清洗干净与否的标准。